DP600鍍鋅雙相鋼電阻點焊過程及電極失效的數(shù)值模擬研究.pdf

1、由于電阻點焊過程涉及電、熱、冶金和力多種現(xiàn)象的耦合作用，其焊接加熱過程具有瞬時性，熔核的形成過程具有不可見性，因此給熔核的形成、長大、凝固、焊接區(qū)和電極端部溫度場與應力場隨點焊循環(huán)的變化研究帶來極大的困難。與此同時，點焊過程中電極端部極易發(fā)生的塑性變形、坑蝕、粘附，和合金化等現(xiàn)象，導致電極快速失效，尤其是點焊鍍鋅鋼板和鋁合金板時電極的失效更加嚴重，如今，點焊電極壽命短已經(jīng)成為點焊技術(shù)應用領(lǐng)域急需解決的問題。
　　本文采用專業(yè)焊接有

2、限元軟件 SYSWELD，建立 DP600雙相鍍鋅鋼板電-熱-冶金-力二維電阻點焊有限元模型，對點焊過程進行有限元模擬，分析熔核形成，焊接區(qū)和電極端部的溫度、應力和殘余應力分布及變化過程；采用多因素多指標的正交試驗法來研究點焊工藝參數(shù)對熔核尺寸、熱影響區(qū)尺寸、電極受熱及受力的影響，確定各因子對各指標的影響程度和影響趨勢，并采用多元線性回歸分析法，定量分析各因素對各指標的影響關(guān)系；模擬分析電極類型和電極端部的形狀、電極端部到冷卻水孔端部的

3、距離、冷卻水孔直徑和冷卻水對流換熱系數(shù)對熔核尺寸以及電極受熱和受力的影響；模擬分析因塑性變形而引起的電極失效，建立電極半徑與熔核尺寸的關(guān)系，初步預測電極壽命。本文的主要結(jié)論如下：
　?。?）通電開始時，電極端部與工件接觸面溫度迅速升高，率先形成塑性環(huán)，并隨點焊進行不斷向外擴展，工件與工件接觸面開始形核并不斷長大，最終形成橢球體；電極與工件開始接觸為局部接觸，隨著電極壓入工件，電極端部中心區(qū)域應力由峰值逐漸下降，分布趨于均勻，電極端

4、部最高溫度接近電極軟化溫度；焊接過程中，塑性環(huán)區(qū)域所受壓應力最大，熔核區(qū)應力由軸向壓應力轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向拉應力，焊后，接頭存在殘余應力，在軸向方向為拉應力，徑向方向，熱影響區(qū)存在拉應力，熔核區(qū)存在壓應力，并向熔核中心遞減。
　?。?）正交試驗結(jié)果表明：焊接電流對熔核半徑、熱影響區(qū)半徑和電極端部最高溫度平均值具有非常顯著的影響，增大焊接電流和焊接時間，三指標均增大，增大工件厚度，熔核半徑、熱影響區(qū)半徑增大，平均溫度反而減??；焊接壓力和電極

5、半徑對電極端部最大應力平均值具有非常顯著的影響，其值隨焊接壓力的增大而增大，隨電極半徑的增大而減??；其余因素對各指標影響甚微；回歸分析所得各指標與各因素的關(guān)系式，在統(tǒng)計學上具有顯著意義，可初步用于點焊質(zhì)量預測與電極服役狀況的分析，但仍需實驗驗證。
　?。?）相同參數(shù)下，錐臺型電極相比圓頂型電極可以夠獲得更大的熔核尺寸，但焊點外觀更差，壓痕更深，翹曲更大；電極端部弧度的存在使錐臺型電極在點焊過程中所受溫度更高，處于軟化溫度之上的區(qū)域

6、更廣，時間更長，電極更容易失效；電極端部到冷卻水孔端部的距離越小，冷卻效果越好，可以減小電極修磨次數(shù)，但是總的焊接點數(shù)下降；一定范圍內(nèi)，冷卻水孔直徑越大，冷卻效果越好；冷卻水對流換熱系數(shù)越大，冷卻效果越好，點焊時，應使電極充分冷卻。
　?。?）連續(xù)點焊，在6mm-9mm區(qū)間，電極直徑增加，熔核半徑略微減小，而熔核體積不斷減小，當電極直徑大于9mm時，熔核半徑迅速減小，電極失效；電極直徑的增大對熱影響區(qū)半徑的變化影響甚微，其值基本恒